Post on 27-Jan-2016
Una mirada al pasado, presente y fututo de la medición de tiempo
J. Mauricio López R.
División de Tiempo y Frecuencia
Centro Nacional de Metrología, CENAM
Mauricio.lopez@cenam.mx
Introducción
La esencia de la medición
•Medir es el acto de determinar el valor de una magnitud.
Medición es el conjunto de operaciones que tienen el objeto de determinar el valor de una magnitud medible.
•La calidad de una medición está en el conocimiento que se tiene sobre lo que se está midiendo.
Enrique I (1100-1135), decretó en Inglaterra, que la yarda debería ser: “la distancia desde la punta de la nariz del Rey hasta el final de su dedo pulgar bien extendido”
Medir: es la cuantificación de las propiedades físicas, biológicas o químicas de un objeto.
Patrón de masa de una báscula romana.
Medir: es la cuantificación de las propiedades físicas, biológicas o químicas de un objeto.
Para tener mediciones confiables se requiere
•referencias de medición constantes;
•referencias de medición definidas en términos de constantes físicas naturales;
•métodos de medición uniformes.
•En sus orígenes
•el metro = la diez millonésima parte de un
cuarto de la circunferencia de la tierra
•en 1799 se fabricó el prototipo del metro
•en 1870, el metro ya se usaba en toda Europa
El metro, referencia mundial de longitud.
Evolución de los sistemas de medición
•1875: se firma la Convención Internacional del Metro;
•1889: se producen varios prototipos del metro y kilogramo para diferentes Miembros de la Convención del Metro.
•1890: los Estados Unidos Mexicanos se unen a la
Convención Internacional del Metro.
Siglo XIX: los inicios de la metrología moderna
Desde los primeros días de vida, las mediciones
confiables aseguran el conocimiento de las
funciones vitales del ser humano.
La calidad de una medición está en relación directa con el conocimiento de lo que se mide
El caso de la medición del tiempo
La mejor medición que puede hacer la humanidad es la del tiempo
El tiempo: dífícil de definir, fácil de medir
Fenómenos periódicos como referencias para medir el paso del tiempo
El caso de la medición del tiempo
Reloj = fenómeno periódico + mecanismo de conteo
La observación de los objetos celestes sirvió como referencia para medir el paso del tiempo
El primer reloj: los cuerpos celestes
Ícono del fuego nuevo de las culturas mesoamericanas prehispánicas
Evolución de la medición del tiempoúltimos 400 años
1,E-02
5,E-05
1,E-08
1,E-12
1,E-01
1,E+007,E+00
2,E+00
5,E+00
1,E-13
1,E-09
1,E-05
1,E-01
1,E+03
2 3
Año
se
gu
nd
os
/día
1600 1700 1800 1900 2000
Est
abil
idad
se
gund
os /
día
Diversos tipos de relojes:
una mirada al pasado, presente y futuro de la
medición de tiempo
El pasado: relojes de sol
El pasado: relojes de fuego
El pasado: relojes de agua (clepsidras)
El pasado: relojes de arena
relojes mecánicos: arte en la relojería
relojes mecánicos: arte en la relojería
relojes mecánicos: arte en la relojería
La revolución: relojes de cuarzo
El presente: relojes atómicosCesio, Rubidio, Hidrógeno, otros
Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
El presente: relojes atómicos
El fututo: relojes ópticos
Transiciones ópticas para construir relojes atómicos de mayor exactitud
El fututo: relojes ópticos
El fututo: relojes ópticos
E l futuro (¿?): peines de frecuencia
Algunos conceptos básicos
Las dos características principales de los relojes
Estabilidad y Exactitud
Varianza de Allan, varianza modificada de Allan, varianza
temporal
Análisis de errores sistemáticos Comparación con patrones
primarios
4 - 1 6
F r e c u e n c i a e s t a b l e ( o s c i l a d o r i d e a l )
F r e c u e n c i a i n e s t a b l e ( O s c i l a d o r r e a l )
T i e m p o
( t )
T i e m p o
( t )
V1
- 1T 1 T 2 T 3
1- 1
T 1 T 2 T 3
V ( t ) = V 0 s i n ( 2 0 t )
V ( t ) = [ V 0 + ( t ) ] s i n [ 2 0 t + ( t ) ]
( t ) = 2 0 t
( t ) = 2 0 t + ( t )
V ( t ) = s a l i d a d e l o s c i l a d o r , V 0 = A m p l i t u d n o m i n a l p i c o - a - p i c o ( t ) = a m p l i t u d d e r u i d o , 0 = f r e c u e n c i a n o m i n a l ( t ) = f a s e , ( t ) = r u i d o d e f a s e
t d)t(d
21=
t d)t(d
21 = )t( 0
π
Φπ
,frecuencia
V
I n e s t a b i l i d a d e n f r e c u e n c i a ( r u i d o )
De la diversidad de patrones de frecuencia: ¿cuál usar?, ¿porqué?, ¿cómo?
Osciladores de cuarzo
Receptores GPS
Osciladores de rubidio
Osciladores de Cesio
Osciladores de Hidrógeno
Otros
La Metrología de Tiempo y Frecuencia: soporte fundamental de la ciencia y tecnología
Las siete unidades base del Sistema Internacional de unidades